一种集成式沼气净化提纯装置及其方法与流程

本发明涉及沼气提纯技术领域，具体是涉及一种集成式沼气净化提纯装置及其方法。

背景技术：

沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧条件下发酵，被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，从而产生沼气，对沼气进行提纯可以得到热值和杂质气体组分品质符合天然气标准要求的高品质ch4，而沼气提纯通常指去除沼气中的杂质组分，使之成为甲烷含量高的清洁燃料。

沼气提纯方法中，由于低温冷凝法技术和经济性较差的原因很少使用，同时膜分离法成本较高且不能较为普及的投入大量使用，所以我们通常采用吸收法或者变压吸附法，然而现有装置对于沼气的提纯处理中仍然有着一些问题，如，吸收效果较差，装置能耗高等等；因此，我们需要一种能够在相同过滤剂的情况下，提出一种能耗更低，提纯效率更高的沼气净化提纯装置来进一步提高沼气普及和使用效果。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种集成式沼气净化提纯装置及其方法。

本发明的技术方案是:一种集成式沼气净化提纯装置及其方法，主要包括装置主体、辅滤桶、干燥桶；

所述装置主体下部设置有隔板将其分为上下两部分，分别为用于提纯沼气的过滤层、用于预过滤沼气的进气层，所述过滤层内置有用于分布沼气的布气组合环；

所述布气组合环包括多组传动气管环、载体环，所述传动气管环由内到外等间距分布在隔板上表面，所述载体环内部中空，所述载体环中心处下方的隔板上开设有连通管，且载体环下端载体环进气口与连通管转动密封连接，载体环与传动气管环滑动连接，所述传动气管环两侧壁周向设有多组倾斜设置的动力喷头，所述载体环与所述动力喷头位置对应处各设有多组斜板，载体环与相邻两个传动气管环之间位置对应处设有多组转动喷气柱，所述转动喷气柱周向等间距设置在载体环上，并通过一侧转动连接管与载体环连通，转动喷气柱另一侧通过转动轴贯穿载体环的固定板，并与其配设的传动齿轮连接，所述传动气管环上表面设有环形齿面与传动齿轮啮合传动；利用布气组合环的结构设计，通过将沼气进行两股气流分别利用，使布气组合环在气流作用下进行转动布气，显著提高布气效果，并且节能低耗，同时由于两股气体的上升交错提高与第一过滤液的混合吸收作用，提高对其的净化提纯效果；

所述进气层内设有第一供气管、第二供气管，所述动力喷头后端贯穿隔板并与所述第一供气管连接，所述连通管后端与所述第二供气管连接，所述装置主体外壁与进气层位置对应处设有沼气进气口，所述沼气进气口内配设有加压气泵与第一供气管、第二供气管连接；将沼气进行两股气流分别利用，可以有效的为布气组合环提供动力支持，使装置整体节能环保；

所述干燥桶设置在装置主体上顶面中心；所述辅滤桶设有多个，且周向设置在装置主体上顶面配设的嵌槽内，辅滤桶通过辅滤筒进气口与装置主体内部连通，干燥桶的进气管道与辅滤桶出气口通过接口组件连通。通过多个辅滤筒与装置主体可拆卸连接，有利于对各个辅滤筒进行拆卸维护，并且不影响装置整体运行，同时可以提高装置整体的拆卸清洗效果，提高对装置的清理工作效率。

进一步地，所述转动喷气柱上周向设有多个喷头，并且转动喷气柱一侧的载体环上固定有清洁刷毛，所述清洁刷毛与转动喷气柱贴合设置。通过设置清洁刷毛，可利用传动齿轮与环形齿面啮合进行传动使转动喷气柱进行自转进行喷头的自清堵，从而提高装置在长时间使用情况下依旧保持较好的布气效果。

进一步地，所述嵌槽上设有与装置主体连通的对接口，所述对接口两侧的嵌槽底部各设有一个滑槽，且对接口圆周设有用于增强密封效果的弹性密封环，所述辅滤桶底部的辅滤筒进气口用于与对接口对接连通，辅滤桶底部与两个滑槽位置对应处各设有一个滑块与其配接，所述对接口内置有电磁阀，所述嵌槽内侧壁设有距离传感器，所述距离传感器与电磁阀通过控制器总接控制，所述控制器设置于装置主体上顶部中心处的容置仓内。通过嵌槽与辅滤筒底部的结构设计，可以有效实现辅滤筒拆卸的使用效果，使拆卸后进行自动封闭，在安装后自动连通，有利于对各个辅滤筒进行分别的拆卸维护，且不影响装置的整体运行效果。

更进一步地，所述弹性密封环包括密封环和弹簧，所述嵌槽与弹性密封环位置对应处设有环形槽，所述密封环通过多组所述弹簧与环形槽内底面连接；所述辅滤桶内侧底面设有便于密封环与其底部的辅滤筒进气口配接的倒角槽。通过弹性密封环的结构设计，可以显著提高辅滤筒拆卸安装与装置主体的密封效果，从而有效实现辅滤筒的设计功能需求。

进一步地，所述辅滤桶内置有出气分流头、雾化喷头；所述出气分流头顶部呈锥形，且下端与辅滤筒进气口处设有的柱形延长管连接，出气分流头上部开设有多个气孔口，所述雾化喷头设置在辅滤桶内顶面，并通过管道与辅滤桶上顶面配设的滤液罐连接。通过设置雾化喷头对第二过滤液进行雾化处理，提高沼气与第二过滤液的接触效果，从而提高二级过滤效果，同时设置出气分流头，利用其结构设计对下落液进行有效回收，可以通过辅滤筒下部侧面设有的排液口进行滤液收集。

进一步地，所述接口组件包括密封套管和连接管，所述密封套管分别通过螺纹与两侧的连接管螺纹连接，所述两侧的连接管分别与干燥桶的进气管道、辅滤桶出气口对接。通过设置接口组件可以提高辅滤筒与干燥筒的连接效率，从而提高辅滤筒拆卸的使用效果。

进一步地，所述干燥桶内置有可便捷抽取的干燥仓，所述干燥仓呈网状筒型，其轴心处设有转动抽拉杆，所述转动抽拉杆上设有用于搅动的螺旋辊，干燥桶上顶面设有与其转动密封连接的顶盖，所述顶盖上表面设有转动钮与转动抽拉杆转动连接，干燥桶上部一侧面处设有沼气收集口。通过干燥筒的结构设计，可以通过转动钮的转动对干燥仓进行转动，从而通过螺旋辊的搅动使干燥剂进行上下搅动，从而使干燥剂的干燥效果更高和利用率更高，并且通过可拆卸连接结构设计使干燥剂替换更加方便。

一种集成式沼气净化提纯的方法，主要包括以下步骤：

s1：分别配制第一过滤液、第二过滤液、干燥剂；

s2：搭建如权利要求书1-7中任意一项所述的装置，在装置主体内装载第一过滤液，在辅滤桶的滤液罐装载第二过滤液，在干燥桶的干燥仓内装载干燥剂；

s3：将待提纯净化的沼气通入装置主体的进气层内，通过加压气泵加压后输送至过滤层，利用布气组合环促进与第一过滤液接触，对沼气进行一级过滤提纯；

s4：沼气经过一级过滤提纯后上升进入辅滤筒，通过雾化喷头对第二过滤液进行雾化使其与上升沼气进行充分接触，对沼气进行二级过滤提纯；

s5：沼气经过二级过滤提纯后沿着管道进入干燥筒，通过干燥筒内干燥剂的作用对沼气进行干燥处理，并通过沼气收集口排出得到提纯后沼气。

进一步地，所述第一过滤液为氢氧化钠溶液，所述第二过滤液为氢氧化钙溶液，所述干燥剂为生石灰；但不限于这几种。

本发明的工作方法为：

在装置主体内装载第一过滤液，在辅滤桶的滤液罐装载第二过滤液，在干燥桶的干燥仓内装载干燥剂；将待提纯净化的沼气通入装置主体的沼气进气口通入进气层内，通过加压气泵加压后分别沿着第一供气管、第二供气管分两股沼气输送至过滤层的动力喷头、载体环，通过动力喷头喷出气体推动载体环的斜板，从而使载体环进行转动，转动过程中，传动齿轮通过与环形齿啮合作用下进行转动，从而使转动喷气柱进行转动布气，从而促进沼气与第一过滤液接触，对沼气进行一级过滤提纯；沼气经过一级过滤提纯后上升依次通过对接口、辅滤筒进气口进入辅滤筒，通过出气分流头的气孔口出气，并通过雾化喷头对第二过滤液进行雾化使其与上升沼气进行充分接触，对沼气进行二级过滤提纯，反应所产生的沉淀等沿着出气分流头顶部锥形结构使其落入辅滤筒内底面与柱形延长管形成的收集槽内，沼气经过二级过滤提纯后沿着管道进入干燥筒，并定期通过转动钮转动转动抽拉杆使其转动，利用螺旋辊的作用对内干燥剂进行翻搅，通过干燥筒内干燥剂的作用对沼气进行干燥处理，并通过沼气收集口排出得到提纯后沼气；

辅滤筒与装置主体的拆卸原理：将辅滤筒通过滑块与滑槽作用安插并向内推动，通过倒角槽的作用下压弹性密封环使其进入辅滤筒底部下方，随后继续推动直到推至嵌槽内壁并听到电磁阀开启的声音即为对接成功，拆卸原理与上述原理相反；期间由于密封弹性环的密封环受到弹簧的弹力推动，使其与辅滤筒保持较好的密封连接关系；

辅滤筒与干燥筒的拆卸原理：当辅滤筒与装置主体对接完成后，转动接口组件的密封套管，使密封套管转动至两个连接管的中部实现两个连接管的对接。

本发明的有益效果是:

(1)本发明通过装置主体、辅滤筒以及干燥筒的集成式设计，简化装置整体的大小，利用布气组合环等结构的设计，提高沼气提纯的效果。

(2)本发明利用布气组合环的结构设计，通过将沼气进行两股气流分别利用，使布气组合环在气流作用下进行转动布气，显著提高布气效果，进而提高与第一过滤液的混合吸收作用，提高对其的净化提纯效果，并且节能低耗。

(3)本发明通过多个辅滤筒与装置主体可拆卸连接，有利于对各个辅滤筒进行拆卸维护，并且不影响装置整体运行，同时可以提高装置整体的拆卸清洗效果，提高对装置的清理工作效率。

附图说明

图1是本发明装置的整体结构示意图。

图2是本发明装置的俯视结构示意图。

图3是本发明装置主体的内部结构俯视图。

图4是本发明布气组合环的结构示意图。

图5是本发明出气分流头的结构示意图。

图6是本发明干燥仓的结构示意图。

图7是本发明动力喷头与斜板位置分布图。

图8是本发明接口组件的结构示意图。

图9是本发明弹性密封环的结构示意图。

其中，1-装置主体、11-隔板、12-过滤层、13-进气层、131-第一供气管、132-第二供气管、14-连通管、15-沼气进气口、16-加压气泵、17-嵌槽、171-对接口、172-滑槽、173-电磁阀、174-距离传感器、175-环形槽、18-容置仓、2-辅滤筒、21-辅滤筒进气口、22-辅滤筒出气口、23-滑块、24-出气分流头、241-气孔口、25-雾化喷头、26-柱形延长管、27-滤液罐、3-干燥筒、31-干燥仓、32-转动抽拉杆、321-螺旋辊、33-顶盖、34-转动钮、35-沼气收集口、4-布气组合环、41-传动气管环、411-动力喷头、412-环形齿、42-载体环、421-载体环进气口、422-斜板、423-固定板、424-清洁刷毛、43-转动喷气柱、44-转动连接管、45-转动轴、46-传动齿轮、5-接口组件、51-密封套管、52-连接管、6-弹性密封环、61-密封环、62-弹簧。

具体实施方式

如图1所示，一种集成式沼气净化提纯装置及其方法，主要包括装置主体1、辅滤桶2、干燥桶3；装置主体1下部设置有隔板11将其分为上下两部分，分别为用于提纯沼气的过滤层12、用于预过滤沼气的进气层13，过滤层12内置有用于分布沼气的布气组合环4；

如图1、3、4所示，布气组合环4包括多组传动气管环41、载体环42，传动气管环41由内到外等间距分布在隔板11上表面，载体环42内部中空，载体环42中心处下方的隔板11上开设有连通管14，且载体环42下端载体环进气口421与连通管14转动密封连接，载体环42与传动气管环41滑动连接，如图7所示，传动气管环41两侧壁周向设有多组倾斜设置的动力喷头411，载体环42与动力喷头411位置对应处各设有多组斜板422，如图3所示，载体环42与相邻两个传动气管环41之间位置对应处设有多组转动喷气柱43，转动喷气柱43周向等间距设置在载体环42上，并通过一侧转动连接管44与载体环42连通，转动喷气柱43另一侧通过转动轴45贯穿载体环42的固定板423，并与其配设的传动齿轮46连接，传动气管环41上表面设有环形齿面412与传动齿轮46啮合传动；如图3所示，转动喷气柱43上周向设有多个喷头，并且转动喷气柱43一侧的载体环42上固定有清洁刷毛424，清洁刷毛424与转动喷气柱43贴合设置。通过设置清洁刷毛424，可利用传动齿轮46与环形齿面412啮合进行传动使转动喷气柱43进行自转进行喷头的自清堵，从而提高装置在长时间使用情况下依旧保持较好的布气效果。利用布气组合环4的结构设计，通过将沼气进行两股气流分别利用，使布气组合环4在气流作用下进行转动布气，显著提高布气效果，并且节能低耗，同时由于两股气体的上升交错提高与第一过滤液的混合吸收作用，提高对其的净化提纯效果；

如图1所示，进气层13内设有第一供气管131、第二供气管132，动力喷头411后端贯穿隔板11并与第一供气管131连接，连通管14后端与第二供气管132连接，装置主体1外壁与进气层13位置对应处设有沼气进气口15，沼气进气口15内配设有加压气泵16与第一供气管131、第二供气管132连接；将沼气进行两股气流分别利用，可以有效的为布气组合环4提供动力支持，使装置整体节能环保；

如图1所示，辅滤桶2内置有出气分流头24、雾化喷头25；如图5所示，出气分流头24顶部呈锥形，且下端与辅滤筒进气口21处设有的柱形延长管26连接，出气分流头24上部开设有多个气孔口241，如图1所示，雾化喷头25设置在辅滤桶2内顶面，并通过管道与辅滤桶2上顶面配设的滤液罐27连接。通过设置雾化喷头25对第二过滤液进行雾化处理，提高沼气与第二过滤液的接触效果，从而提高二级过滤效果，同时设置出气分流头24，利用其结构设计对下落液进行有效回收，可以通过辅滤筒2下部侧面设有的排液口进行滤液收集。

如图1、6所示，干燥桶3内置有可便捷抽取的干燥仓31，干燥仓31呈网状筒型，其轴心处设有转动抽拉杆32，转动抽拉杆32上设有用于搅动的螺旋辊321，干燥桶3上顶面设有与其转动密封连接的顶盖33，顶盖33上表面设有转动钮34与转动抽拉杆32转动连接，干燥桶3上部一侧面处设有沼气收集口35。通过干燥筒3的结构设计，可以通过转动钮34的转动对干燥仓31进行转动，从而通过螺旋辊321的搅动使干燥剂进行上下搅动，从而使干燥剂的干燥效果更高和利用率更高，并且通过可拆卸连接结构设计使干燥剂替换更加方便。

如图1、2所示，干燥桶3设置在装置主体1上顶面中心；辅滤桶2设有多个，且周向设置在装置主体1上顶面配设的嵌槽17内，辅滤桶2通过辅滤筒进气口21与装置主体1内部连通，干燥桶3的进气管道与辅滤桶出气口22通过接口组件5连通。如图8所示，接口组件5包括密封套管51和连接管52，密封套管51分别通过螺纹与两侧的连接管52螺纹连接，两侧的连接管52分别与干燥桶3的进气管道、辅滤桶出气口22对接。通过设置接口组件5可以提高辅滤筒2与干燥筒3的连接效率，从而提高辅滤筒2拆卸的使用效果。通过多个辅滤筒2与装置主体1可拆卸连接，有利于对各个辅滤筒2进行拆卸维护，并且不影响装置整体运行，同时可以提高装置整体的拆卸清洗效果，提高对装置的清理工作效率。

如图2、9所示，嵌槽17上设有与装置主体1连通的对接口171，对接口171两侧的嵌槽17底部各设有一个滑槽172，且对接口171圆周设有用于增强密封效果的弹性密封环6，辅滤桶2底部的辅滤筒进气口21用于与对接口171对接连通，辅滤桶2底部与两个滑槽172位置对应处各设有一个滑块23与其配接，对接口171内置有电磁阀173，嵌槽17内侧壁设有距离传感器174，距离传感器174与电磁阀173通过控制器总接控制，控制器设置于装置主体1上顶部中心处的容置仓18内。通过嵌槽17与辅滤筒2底部的结构设计，可以有效实现辅滤筒2拆卸的使用效果，使拆卸后进行自动封闭，在安装后自动连通，有利于对各个辅滤筒2进行分别的拆卸维护，且不影响装置的整体运行效果。弹性密封环6包括密封环61和弹簧62，嵌槽17与弹性密封环6位置对应处设有环形槽175，密封环61通过多组弹簧62与环形槽175内底面连接；辅滤桶2内侧底面设有便于密封环61与其底部的辅滤筒进气口21配接的倒角槽。通过弹性密封环6的结构设计，可以显著提高辅滤筒2拆卸安装与装置主体1的密封效果，从而有效实现辅滤筒2的设计功能需求。

采用上述装置进行沼气净化提纯的方法，主要包括以下步骤：

s1：分别配制第一过滤液、第二过滤液、干燥剂；第一过滤液为氢氧化钠溶液，第二过滤液为氢氧化钙溶液，干燥剂为生石灰；

s2：搭建如权利要求书1-7中任意一项的装置，在装置主体1内装载第一过滤液，在辅滤桶2的滤液罐27装载第二过滤液，在干燥桶3的干燥仓31内装载干燥剂；

s3：将待提纯净化的沼气通入装置主体1的进气层13内，通过加压气泵16加压后输送至过滤层12，利用布气组合环4促进与第一过滤液接触，对沼气进行一级过滤提纯；

s4：沼气经过一级过滤提纯后上升进入辅滤筒2，通过雾化喷头25对第二过滤液进行雾化使其与上升沼气进行充分接触，对沼气进行二级过滤提纯；

s5：沼气经过二级过滤提纯后沿着管道进入干燥筒3，通过干燥筒3内干燥剂的作用对沼气进行干燥处理，并通过沼气收集口35排出得到提纯后沼气。

上述装置进行沼气提纯的工作方法为：

在装置主体1内装载第一过滤液，在辅滤桶2的滤液罐27装载第二过滤液，在干燥桶3的干燥仓31内装载干燥剂；将待提纯净化的沼气通入装置主体1的沼气进气口15通入进气层13内，通过加压气泵16加压后分别沿着第一供气管131、第二供气管132分两股沼气输送至过滤层12的动力喷头411、载体环42，通过动力喷头411喷出气体推动载体环42的斜板422，从而使载体环42进行转动，转动过程中，传动齿轮46通过与环形齿412啮合作用下进行转动，从而使转动喷气柱43进行转动布气，从而促进沼气与第一过滤液接触，对沼气进行一级过滤提纯；沼气经过一级过滤提纯后上升依次通过对接口171、辅滤筒进气口21进入辅滤筒2，通过出气分流头24的气孔口241出气，并通过雾化喷头25对第二过滤液进行雾化使其与上升沼气进行充分接触，对沼气进行二级过滤提纯，反应所产生的沉淀等沿着出气分流头24顶部锥形结构使其落入辅滤筒2内底面与柱形延长管26形成的收集槽内，沼气经过二级过滤提纯后沿着管道进入干燥筒3，并定期通过转动钮34转动转动抽拉杆32使其转动，利用螺旋辊321的作用对内干燥剂进行翻搅，通过干燥筒3内干燥剂的作用对沼气进行干燥处理，并通过沼气收集口35排出得到提纯后沼气；

辅滤筒2与装置主体1的拆卸原理：将辅滤筒2通过滑块23与滑槽172作用安插并向内推动，通过倒角槽的作用下压弹性密封环6使其进入辅滤筒2底部下方，随后继续推动直到推至嵌槽17内壁并听到电磁阀173开启的声音即为对接成功，拆卸原理与上述原理相反；期间由于密封弹性环6的密封环61受到弹簧62的弹力推动，使其与辅滤筒2保持较好的密封连接关系；

辅滤筒2与干燥筒3的拆卸原理：当辅滤筒2与装置主体1对接完成后，转动接口组件5的密封套管51，使密封套管51转动至两个连接管52的中部实现两个连接管52的对接；

其中，上述加压气泵16、电磁阀173、距离传感器174以及控制器均选用品牌市售产品或根据构件原理对现有产品进行外形结构调整以适配本发明需求。

实验例

选用本市某大型养猪场的畜禽粪污发酵制备沼气，并选取同一阶段产出沼气分别使用本发明装置以及专利cn203694886u装置进行沼气的提纯处理，分别记作实验例、对照例；处理期间所采用的过滤液等均相同，分别统计其沼气纯度、装置能耗，实验结果如下：

沼气纯度

实验例：沼气中甲烷浓度99.83％，其中脱硫率为99.7％；

对照例：沼气中甲烷浓度94.74％，其中脱硫率为91.5％；

装置能耗

实验例：处理相同沼气气量产生能耗较低；

对照例：处理相同沼气气量产生能耗适中；

其中，实验例相对于对照例能耗降低了21％；

结论：由上述对比可知，通过本发明装置进行沼气提纯处理，在相同滤液情况下，可以有效的提高沼气的提纯效果，其提纯效果更为显著，并且装置能耗更低。